大型ハドロン衝突型加速器はシャットダウンされ、メジャーアップグレードを実行する間、2年間停止します

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大型ハドロン衝突型加速器（LHC）は、そのパフォーマンスを大幅に向上させています。残念ながら、画期的な物理学のファンにとって、作業が完了するまで2年間はすべてをシャットダウンする必要があります。しかし、いったんバックアップして実行すると、その強化された機能により、さらに強力になります。

大型ハドロン衝突型加速器の本質は、粒子を加速してから、それらをチャンバー内で互いに衝突させることです。カメラと検出器はこれらの衝突について訓練され、結果は詳細に監視されます。それはすべて、新しい粒子と粒子間の新しい反応を発見し、粒子がどのように減衰するかを見ることです。

このシャットダウンは、Long Shutdown 2（LS2）と呼ばれます。最初のシャットダウンはLS1で、2013年から2015年の間に行われました。LS1の間、コライダーのパワーが向上し、検出機能も向上しました。エンジニアが加速器複合体全体と検出器を強化してアップグレードするLS2の間も同じことが起こります。この作業は、2021年に開始される次のLHC実行の準備中です。また、2025年に開始される高輝度LHC（HL-LHC）プロジェクトと呼ばれるプロジェクトの準備も行います。

LS1とLS2の間で行われた一連の実験は2回目の実行と呼ばれ、2015年から2018年にかけて行われました。 CERNによれば、2回目の実行では、13 TeV（テラ電子ボルト）のエネルギーで1,600億の陽子-陽子衝突が発生し、5.02 TeVのエネルギーで鉛と鉛の衝突の大規模なデータセットが発生しました。これは、CERNのデータアーカイブに保存される1,000年に相当する24時間年中無休のビデオストリーミングに相当することを意味します。

「LHCの2回目の実行は印象的でした…」–アクセラレータおよびテクノロジー担当CERNディレクター、フレデリックボードリー

LHCの2回目の実行中の実験からの膨大なデータキャッシュは、最初の実行からのデータよりも小さくなります。これは、コライダーのエネルギーレベルがほぼ2倍になり13 TeVになったためです。コライダーのエネルギーレベルを上げることがますます難しくなり、この2回目のシャットダウンでは、エネルギーが13 TeVから14 TeVに上昇します。

CERNのAcceleratorsディレクター、フレデリックボードリー氏は、「LHCの2回目の実行は印象的でした。目標と期待をはるかに超えて、前例のない13 TeVのエネルギーで5倍のデータを生成できました」と述べています。とテクノロジー。「この2回目の長いシャットダウンが今始まるので、設計エネルギー14 TeVでさらに多くの衝突に備えてマシンを準備します。」

あらゆる手段で、LHCは成功しています。数十年の間、ヒッグス粒子とヒッグス場の存在が物理学の中心的な問題でした。しかし、それを見つけるのに十分強力なコライダーを構築するために必要な技術とエンジニアリングは、単に利用できなかっただけです。 LHCの建設により、2012年にヒッグス粒子の発見が可能になりました。

「ヒッグス粒子は特別な粒子です…」– CERN局長、ファビオラジャノッティ。

「他の多くの美しい結果に加えて、過去数年間、LHC実験はヒッグス粒子の特性の理解に大きな進歩をもたらしました」とCERNの局長であるファビオラジャノッティは付け加えます。「ヒッグス粒子は特別な粒子であり、これまでに観測された他の素粒子とは非常に異なります。その特性は、標準モデルを超えた物理学に関する有用な兆候を私たちに与えるかもしれません。」

長い理論のヒッグスボソンの発見は、LHCの最高の成果ですが、それだけではありません。 LHCが構築される前に、標準物理モデルの多くの部分をテストすることは困難でした。 LHCの結果について数百の科学論文が発表されており、エキゾチックなペンタクォークや「Xicc ++」という2つの重いクォークを持つ新しい粒子など、いくつかの新しい粒子が発見されています。

LS2でのアップグレード後、3回目の実行が開始されます。 3番目の実行のプロジェクトの1つは、高輝度LHC（HL-LHC）プロジェクトです。輝度は、コライダーの2つの主要な考慮事項の1つです。 1つ目は電圧です。これは、LS2中に13 TeVから14 TeVに改善されています。もう1つは光度です。

明るさは、衝突の数が増えることを意味し、したがって、より多くのデータが得られます。物理学者が観察したいことの多くは非常にまれであるため、衝突の回数が増えると、それらを見る確率が高くなります。 2017年、LHCは年間約300万個のヒッグスボソンを生成しましたが、高輝度LHCは少なくとも年間1500万個のヒッグスボソンを生成します。ヒッグス粒子を検出することは大きな成果でしたが、とらえどころのない粒子について知らない物理学者がまだたくさんいるため、これは重要です。生成されるヒッグスボソンの数を5倍にすることで、物理学者は多くのことを学びます。

「2回目の実行の豊富な収穫により、研究者は非常にまれなプロセスを探すことができます。」 – Eckhard Elsen、CERNのリサーチおよびコンピューティング担当ディレクター。

LHCの2回目の実行からCERNに保存されたすべてのデータは、物理学者がLS2の間忙しいままであることを意味します。その膨大なデータのコレクションには、まだ誰も見たことのないものがあるかもしれません。人類の素粒子物理学者の熱心な軍隊のための休息はありません。

「2回目の豊富な収穫により、研究者は非常にまれなプロセスを探すことができます」とCERNのリサーチおよびコンピューティング担当ディレクターであるEckhard Elsenは述べています。「彼らは、シャットダウンの間ずっと忙しくなり、標準モデルプロセスの主要な貢献から浮かび上がる機会がなかった新しい物理学の可能性のあるシグネチャについて、膨大なデータサンプルを調べています。これにより、データサンプルがさらに1桁増加する場合に、HL-LHCが導入されます。」